耿冠杰，張文文，黃 萍，趙靜一

（1.北京天順長城液壓科技有限公司，北京 100083；2.燕山大學(xué) 機械工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

攤鋪機是一種主要用于高速公路上基層和面層各種材料攤鋪作業(yè)，同時適用于城市道路、停車場、碼頭、大型廣場等工程基層和面層作業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)筑路工程機械.隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，攤鋪機的機、電、液一體化技術(shù)也越來越復(fù)雜，隨之出現(xiàn)的故障也增多.攤鋪機液壓系統(tǒng)故障主要由元件磨損、管路泄漏、油液污染等原因造成.

本文以SP120攤鋪機液壓調(diào)平系統(tǒng)為研究背景.液壓調(diào)平系統(tǒng)是確保攤鋪路面平整度最重要的系統(tǒng)，調(diào)平系統(tǒng)的可靠性可滿足攤鋪路面的施工要求.若調(diào)平系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將影響路面的攤鋪厚度，容易導(dǎo)致瀝青路面的不平整或路面的裂縫，直接影響路面質(zhì)量.故障分析法是目前分析系統(tǒng)可靠性、安全性的一種好方法.針對SP120攤鋪機調(diào)平液壓系統(tǒng)各底事件故障發(fā)生的概率，建立液壓調(diào)平系統(tǒng)的故障樹模型，采用故障分析法.傳統(tǒng)的故障樹分析是以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)，把事件發(fā)生的概率處理成精確值.然而，環(huán)境的模糊性以及數(shù)據(jù)的不精確，都會對確定事件發(fā)生的概率產(chǎn)生影響.故障樹的模糊分析是傳統(tǒng)的故障樹分析推廣，當(dāng)事件發(fā)生的概率難以精確賦值時，可對故障樹進行模糊分析，因而具有更廣的適用范圍［1］，并采用模糊故障樹分析方法進行定量分析，分析可能造成液壓系統(tǒng)故障的各種原因，幫助判別潛在的故障隱患，采取預(yù)防和改進措施［2］，避免液壓系統(tǒng)故障對機械性能的影響，提高機械的性能、減少故障率，更好地發(fā)揮機器工作的穩(wěn)定性［3］.

1 攤鋪機液壓調(diào)平系統(tǒng)工作原理

攤鋪機輔助液壓調(diào)平系統(tǒng)主要由齒輪泵、分流閥塊組、電磁換向閥、液壓鎖、輔助動作油缸以及連接各個液壓元件的接頭、油管路組成.基本工作原理：齒輪泵通過發(fā)動機提供的動力，生成壓力油，通過各種閥組和管路，進入油缸的有桿或無桿腔，推動油缸往復(fù)運動來實現(xiàn)攤鋪機熨平板的調(diào)平工作，攤鋪機熨平板調(diào)平液壓系統(tǒng)如圖1所示.

圖1 攤鋪機調(diào)平系統(tǒng)液壓原理圖Fig.1 Theory chart of hydraulic leveling system

2 攤鋪機液壓調(diào)平系統(tǒng)模糊故障樹的建立

調(diào)平液壓系統(tǒng)由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、傳動介質(zhì)五部分組成，每個組成部分均有可能發(fā)生故障，影響整個系統(tǒng)的工作，這些故障因素不外乎是壓力、流量、噪聲、機械、介質(zhì)等.對攤鋪機液壓調(diào)平系統(tǒng)的故障模式、故障機理等進行分析，確定故障樹和頂事件和底事件.故障樹如圖2所示，液壓系統(tǒng)各事件參數(shù)如表1所示.

圖2 調(diào)平系統(tǒng)故障樹Fig.2 Fault tree for hydraulic leveling system

表1 調(diào)平液壓系統(tǒng)故障樹中各參數(shù)表示的事件Tab.1 Fault tree of each event for hydraulic leveling system

3 模糊數(shù)在故障樹分析中的應(yīng)用

故障的模糊診斷就是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法，根據(jù)各個故障之間不同程度的因果關(guān)系，得出故障評判量化的數(shù)學(xué)模型，也就是對系統(tǒng)的各種故障進行模糊綜合評判，以達到可靠、高效判斷系統(tǒng)故障的目的.模糊故障樹的模糊分析不僅可減少獲取事件發(fā)生概率精準(zhǔn)度，而且能結(jié)合工程中的實際經(jīng)驗和判斷構(gòu)造模糊數(shù)的隸屬函數(shù)，較準(zhǔn)確地把它們描述出來，并在一定程度上允許存在的描述誤差，具有較大的靈活性和適應(yīng)性［4］.

常用的L-R參照函數(shù)有線性、正態(tài)型、尖型，本文采用正態(tài)型參照函數(shù)，L-R型模糊數(shù)，L（x），R（x）為模糊數(shù)的左右參照函數(shù)，其計算式為

式中：m為L-R型模糊數(shù)的均值，對應(yīng)隸屬度為1的數(shù)；α，β分別為其左右分布數(shù)，為2個相等的量，當(dāng)α，β為零時，m不是模糊數(shù).分布數(shù)α，β越大，L-R型模糊數(shù)越模糊.

出于應(yīng)用和計算的考慮，對正態(tài)模糊數(shù)取截集，從而獲得計算區(qū)間.取λ截集（對模糊集合的隸屬度不小于λ的一切元素組成的集合叫做的λ截集）后正態(tài)模糊數(shù)隸屬函數(shù)為

傳統(tǒng)故障樹分析中的結(jié)構(gòu)函數(shù)為Φ（X）＝Φ（x1，x2，…，xn），頂事件的概率由底事件發(fā)生概率和結(jié)構(gòu)函數(shù)確定.而在模糊故障樹分析中，底事件xi（i＝1，2，…，n）的故障概率分布為一模糊數(shù).則頂事件取值為

通常認(rèn)為，L-R型模糊數(shù)經(jīng)過邏輯模糊運算后其結(jié)果仍近似為L-R型模糊數(shù)［5］.

表2 故障樹底事件發(fā)生概率均值及左右分布Tab.2 Mathematical expectation of probability and distribution of bottom event for fault tree

4 模糊故障樹分析

故障樹中各事件發(fā)生的概率用故障數(shù)來表示，假定事件發(fā)生概率Pi的參照函數(shù)為正態(tài)對稱型，其隸屬函數(shù)如式（3）所示，且與均值mi相差±50%的點x的隸屬度為0.08，則

故αi＝βi＝0.314mi，各底事件的故障概率均值mi及左右分布αi，βi如表2所示.

設(shè)各基本事件相互獨立，可得到相應(yīng)頂事件發(fā)生概率的模糊函數(shù)為

表3 中間事件概率均值及左右分布Tab.3 Mathematical expectation of probability and distribution for mid events

5 結(jié)論

本文采用模糊故障樹分析法對SP120攤鋪機的輔助調(diào)平液壓系統(tǒng)進行分析，建立了輔助調(diào)平系統(tǒng)的故障樹模型，采用正態(tài)分布函數(shù)，確定各底事件的發(fā)生概率，為今后SP120攤鋪機輔助調(diào)平液壓系統(tǒng)的故障維修、元件的設(shè)計選型、系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)提供了理論基礎(chǔ).

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ZHAO Jingyi.Large hydraulic self-propelled transporter［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2010.

［4］李瑰賢，于廣濱，馬良.基于模糊故障樹直升機起落架液壓系統(tǒng)的故障診斷方法研究 ［J］.機床與液壓，2007（5）：214－216.

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